[发明专利]补偿数字图象信道中的调制转移函数的方法

说明书

本发明总的涉及数字图象处理领域，更具体地，涉及补偿图象链中MTF的减小的方法。

图象链中的物理设备，诸如捕获或输出设备，损害原先的图象信号的频率内容。捕获设备的例子包括CCD(电荷耦合器件)和扫描器，用于扫描照相底片。输出设备的例子是在图象链中的打印机和显示器。对于线性移位不变(LSI)系统，由设备造成的降低的特定的特性被称为设备的调制转移函数(MTF)。MTF基本上规定设备的频率响应。严格地说，MTF规定加到给定的系统或部件的正弦输入的调制的相对衰减或提升。(MTF不给出相位信息。)图象链的每个设备或部件具有相关的MTF。另外，几个部件的MTF通过本领域熟知的技术(例如，参阅共同转让的美国专利No.5,696,850)可被级联(相乘)。因此，多个设备或整个系统的MTF可以通过适当设备的MTF的级联而被确定。

希望在大多数适当的点处补偿由图象链中一个或多个设备造成的MTF损失。补偿设备的MTF的最适当的位置是设备被使用的点。例如，如果CCD被使用来捕获数字照相机中的图象，则CCD的MTF应当刚好在图象被捕获后被补偿。如果把设备补偿与设备在图象链中的位置分开，则原先的分辨率的改变和把带有附加MTF损失的设备包括到图象链中，使得补偿设备的MTF成为困难得多的问题。

当前，许多图象处理系统只在一个地方(常常是在打印机处)进行清晰化。这一个清晰化级试图补偿图象链中每个设备的MTF损失。另外，该单级清晰化部分被设计成按人们喜好增强图象细节。在这种类型的系统中，图象链的任何单个部件的改变可能需要使得清晰化重新最佳化。然而，如果每个设备的MTF被补偿，则图象链的单个部件的改变仅仅需要通过预先规定的处理过程决定新的部件的MTF补偿。

在设计MTF补偿方案时，术语“补偿”必须被定义。过去，曾经使用补偿的限制性定义，它要求设备和设备补偿的顺序组合对于所有的频率具有1.0的MTF。这个严格的设备补偿是用逆滤波器完成的，例如由Gonzalas和Woods在Digital Image Processing(数字图象处理)，Addison-Wesley出版社，pp.270-272中描述的。例如，逆滤波器是由共同转让的美国专利No.5,696,850在描述执行单个清晰操作来补偿输入和输出设备的方法时规定的设计目标。实际上，逆滤波器的应用导致许多问题，特别是因为逆滤波器的增益在设备的MTF达到0.0时达到无穷大。其它的、使得不可能从逆滤波器得到良好的结果的因素包括噪声，测量误差，有限的设备动态范围，和设备非线性。

由于与严格的设备补偿有关的困难，必须采取更实际的方法。非严格的设备补偿是一个处理过程，通过这个过程，设备的MTF在1.0的合理误差内在尽可能大的频率范围内被恢复。应当指出，术语“合理的误差”和“频率范围”的定义可以变化。

几种非严格设备补偿方法可以在文献中找到。0hkouchi和Suzuki在美国专利No.4,517,607中和Kamiya在美国专利No.4,817,181中讲到MTF补偿，但数字滤波器对于任何设备保持不变。因此，它们的补偿完全不依赖于设备的MTF。另外，Takashi等在美国专利No.5,144,686中也描述了与设备MTF无关的MTF补偿。虽然诸如在本段落中提到的、与设备MTF无关的、使图象清晰的方法对于产生更高质量的图象是有用的，但是根据设备MTF的知识达到非严格设备补偿的决定性方法将是非常有用的。

Sumi的美国专利No.5,191,439设计了一种用于补偿设备MTF的清晰系统。虽然考虑了打印机与补偿的组合，但Sumi未能描述根据设备MTF的知识达到可接受的、非严格设备补偿的决定性方法。

Ishii等在美国专利No.5,978,522中描述类似于由共同转让的美国专利No.5,696,850描述的逆滤波器的、修改数字图象的清晰度特性。然而，Ishii利用对于图象源特定的目标，或用户的喜好，而不是对于所有的频率的10的、目标幅度频率响应。这个方法不保证，补偿将不需要高的增益，这将很大地放大系统中的噪声。另外，这个方法可能产生非常大的补偿滤波器，因为该滤波器是直接从滤波目的的富利叶逆变换产生的。另外，每个频率被看作为对于校正具有相等的重要性。